KR101051660B1 - 다공성 니켈 금속분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 망목상의 입자 구조를 가지며, 습식법을 통해 제조하여 분말 내부 기공도를 높인 다공성 니켈 금속분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말은, 니켈 분말입자들 사이에 존재하는 인터스티셜포러시티(interstitial porosity)를 제외한 니켈 분말입자 내부의 기공도가 2 내지 72%이며, 망목상 입자구조를 갖는다. 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말의 제조방법은, 폴리올, 환원제, 니켈화합물 및 폴리머첨가제를 선택적으로 혼합하여 제1용액 및 제2용액을 형성하는 재료준비단계(S100)와; 상기 제2용액을 제1용액에 첨가하여 혼합용액을 형성하는 용액혼합단계(S200)와; 상기 혼합용액을 일정 온도로 가열하여 니켈 금속분말을 생성하는 니켈금속분말생성단계(S300)와; 상기 혼합용액에서 생성된 니켈 금속분말을 분리하는 니켈금속분말분리단계(S400)와; 분리된 니켈 금속분말을 세척 및 건조하는 니켈금속분말세척/건조단계(S500)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 습식법을 통해 제조함으로써 초기 투자비와 공정 비용이 감소하며 대량생산이 가능한 이점이 있다.
다공성, 니켈, 습식법, 기공

Description

다공성 니켈 금속분말 및 이의 제조방법 {Porous nickel metal powders and method for manufacturing same }
도 1 은 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말의 제조방법을 나타낸 제조공정도.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진.
도 3 은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 기공도 변화를 보인 그래프.
도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진.
도 5 는 본 발명의 제4실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진.
도 6 은 본 발명의 제5실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진.
도 7 은 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말에 대한 제1비교예의 주사전자현미경 사진.
도 8 은 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말에 대한 제2비교예의 주사전자 현미경 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
S100. 재료준비단계 S120. 제1용액준비과정
S140. 제2용액준비과정 S200. 용액혼합단계
S300. 니켈금속분말생성단계 S400. 니켈금속분말분리단계
S500. 니켈금속분말세척/건조단계
본 발명은 다공성 니켈 금속분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 습식법을 통해 제조하여 망목상의 입자구조를 가짐으로써 분말 내부 기공도가 증가하며, 투자비와 공정 비용이 감소하는 이점이 있다.
니켈 금속분말은 사용되는 분야에 따라 요구되는 특성(입도, 기공도, 표면 특성 등)이 다르게 된다. MLCC (multi-layer ceramic capacitor)용 전극재료로 사용되는 니켈 금속분말은 균일하고 미세한 구형의 입자가 요구되는 반면 연료전지 특히 MCFC (molten carbonate fuel cell)전극, 2차전지용 전극, 촉매 소재 및 전도성폴리머용 충진제에 사용되는 니켈 금속분말은 높은 기공도를 요구하게 된다.
그리고, 종래의 니켈 금속분말을 제조하는 방법으로는 기상법과 액상법이 있다. 기상법은 니켈전구체를 기화시켜 이를 환원, 석출하는 방법으로 분말의 불순물 제어가 상대적으로 용이하지만 제조비용이 높고 생산성이 낮으며 입경제어가 용이 하지 않다는 단점이 있다.
이에 비해 액상법은 초기 투자비와 공정 비용이 적다는 장점이 있으며 대량생산에도 유리하다.
그리고, 액상법으로 제조되는 금속분말은 대부분 각 입자들이 서로 떨어져 있거나 뭉쳐있는 구조를 갖는데 이 금속분말을 사용하여 내부에 기공이 많은 소재를 만들기 위해서는 바인더와 같은 첨가제를 상당량 첨가해야 한다.
또한 금속분말 내부에 기공이 많을 경우에는 첨가하는 바인더양을 줄여 다공성 소재의 제조를 용이하게 할 수가 있고 열린 기공 구조를 쉽게 얻을 수 있어 다공성 소재의 제조 시 장점이 많게 된다.
한편, 도전성 폴리머 제조를 위해 카본나노튜브 (carbon nanotube)나 금속분말을 충진제로 사용하는데 금속분말은 카본나노튜브에 비해 가격이 매우 저렴하다는 장점이 있다.
그러나 일반 구형 금속분말을 사용할 경우 폴리머 내부에서 분말입자 간의 연속적인 연결을 위해서 많은 양의 금속분말을 첨가하여야 하고 이로 인해 가격 상승하여 바람직하지 못하다.
또한, 분말입자의 첨가량이 많아지게 되면 폴리머와의 혼합이 난해한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 습식법을 통해 제조하여 망목상의 입자구조를 가짐으로써 분말 내부 기공도가 증가하 며, 투자비와 공정 비용이 감소하도록 한 다공성 니켈 금속분말 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말은, 니켈 분말입자들 사이에 존재하는 인터스티셜포러시티(interstitial porosity)를 제외한 니켈 분말입자 내부의 기공도가 2 내지 72%이며, 망목상 입자구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말 제조방법은, 폴리올, 환원제, 니켈화합물 및 폴리머첨가제를 선택적으로 혼합하여 제1용액 및 제2용액을 형성하는 재료준비단계와: 상기 제2용액을 제1용액에 첨가하여 혼합용액을 형성하는 용액혼합단계와; 상기 혼합용액을 일정 온도로 가열하여 니켈 금속분말을 생성하는 니켈금속분말생성단계와; 상기 혼합용액에서 생성된 니켈 금속분말을 분리하는 니켈금속분말분리단계와; 분리된 니켈 금속분말을 세척 및 건조하는 니켈금속분말세척/건조단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 재료준비단계는, 반응온도까지 가열된 폴리올과 환원제를 혼합하여 제1용액을 준비하는 제1용액준비과정과, 니켈화합물과 폴리머첨가제를 혼합하여 제2용액을 준비하는 제2용액준비과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1용액준비과정에서, 상기 폴리올은 에틸렌글리콜 (ethylene glycol)을 포함하며, 디에틸렌글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜 (triethylene glycol), 테트라에틸렌글리콜 (tetraethylene glycol), 디플필렌글리콜 (dipropylene glycol), 프로판디올 (propandiol), 부탄디올 (butanediol) 중 하 나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 한다.
상기 제1용액준비과정에서, 상기 환원제는 하이드라진, 하이드라진화합물, 하이드라진수화물 중 하나 이상을 포함하며, 소듐보로하이드라이드, 하이드로젠 설파이드, 하이드로젠 아이오다이드, 포스핀, 아신, 스티빈, 카본, 설퍼디옥사이드, 설파이트, 포스포러스산, 포스페이트, 하이드로포스포러스, 포타슘 시아나이드, 하이드라진, 포타슘 포메이트, 커프러스, 페러스, 코발터스 아민, 스태너스, 크로머스염, 메탈 소듐, 포타슘 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 한다.
상기 제2용액준비과정에서, 상기 니켈화합물은 니켈클로라이드, 니켈클로라이드수화물, 니켈클로라이드화합물 중 하나 이상을 포함하며, 니켈니트레이트 (nickel nitrate), 니켈설페이트 (nickel sulfate), 니켈브로마이드 (nickel bromide), 니켈플루오라이드(nickel fluoride), 니켈아세테이트 (nickel acetate), 니켈아세틸아세토네이트 (nickel acetylacetonate), 니켈하이드록사이드 (nickel hydroxide), 니켈수산화물 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 한다.
상기 제2용액준비과정에서, 상기 폴리머첨가제는 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함하며, 폴리비닐알콜 (polyvinylalchol, PVA), 공중합체 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 한다.
상기 폴리올은 80 내지 250℃의 온도 범위 내에서 가열됨을 특징으로 한다.
상기 니켈금속분말생성단계에서 상기 혼합용액의 온도는 80 내지 250℃의 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 니켈금속분말세척/건조단계는, 분리된 니켈 금속분말을 알코올과 물 중 하나 이상을 포함하는 세척액에서 세척하는 과정임을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 초기 투자비와 공정 비용이 감소하며 대량생산이 가능한 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말의 제조방법을 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말의 제조방법을 나타낸 제조공정도가 도시되어 있다.
도면과 같이 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말의 제조방법은, 폴리올, 환원제, 니켈화합물 및 폴리머첨가제를 선택적으로 혼합하여 제1용액 및 제2용액을 형성하는 재료준비단계(S100)와, 상기 제2용액을 제1용액에 첨가하여 혼합용액을 형성하는 용액혼합단계(S200)와; 상기 혼합용액을 일정 온도로 가열하여 니켈 금속분말을 생성하는 니켈금속분말생성단계(S300)와; 상기 혼합용액에서 생성된 니켈 금속분말을 분리하는 니켈금속분말분리단계(S400)와; 분리된 니켈 금속분말을 세척 및 건조하는 니켈금속분말세척/건조단계(S500)로 이루어진다.
상기 재료준비단계(S100)을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 재료준비단계(S100)는 반응온도까지 가열된 폴리올과 환원제를 혼합하여 제1용액을 준비하는 제1용액준비과정(S120)과, 니켈화합물과 폴리머첨가제를 혼합하여 제2용액을 준비하는 제2용액준비과정(S140)을 포함하여 이루어지며, 상기 제1용액준비과정(S120)과, 제2용액준비과정(S140)은 순서에 제한을 두지 않는다.
상기 제1용액준비과정(S120)은, 폴리올과 환원제를 섞어 제1용액을 만드는 과정으로, 상기 폴리올은 80 내지 250℃의 온도 범위까지 가열되며, 가열된 폴리올에 상기 환원제가 섞여 제1용액이 만들어지게 되며, 상기 제1용액에는 물이 선택적으로 혼합 가능하다.
그리고, 상기 폴리올은 에틸렌글리콜 (ethylene glycol)을 포함하며, 디에틸렌글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜 (triethylene glycol), 테트라에틸렌글리콜 (tetraethylene glycol), 디플필렌글리콜 (dipropylene glycol), 프로판디올 (propandiol), 부탄디올 (butanediol) 중 하나 이상이 선택적으로 포함된다.
또한, 상기 환원제는 하이드라진, 하이드라진화합물, 하이드라진수화물 중 하나 이상을 포함하며, 소듐보로하이드라이드, 하이드로젠 설파이드, 하이드로젠 아이오다이드, 포스핀, 아신, 스티빈, 카본, 설퍼디옥사이드, 설파이트, 포스포러스산, 포스페이트, 하이드로포스포러스, 포타슘 시아나이드, 하이드라진, 포타슘 포메이트, 커프러스, 페러스, 코발터스 아민, 스태너스, 크로머스염, 메탈 소듐, 포타슘 중 하나 이상이 선택적으로 포함된다.
상기와 같은 조성으로 제1용액이 만들어지면, 제2용액준비과정(S140)이 실시된다.
상기 제2용액준비과정(S140)에서, 상기 니켈화합물은 니켈클로라이드나 니켈클로라이드헥사하이드레이트 (nickel chloride hexahydrate)를 포함하며, 니켈니트레이트 (nickel nitrate), 니켈설페이트 (nickel sulfate), 니켈브로마이드 (nickel bromide), 니켈플루오라이드(nickel fluoride), 니켈아세테이트 (nickel acetate), 니켈아세틸아세토네이트 (nickel acetylacetonate), 니켈하이드록사이드 (nickel hydroxide), 니켈수산화물 중 하나 이상이 선택적으로 포함된다.
그리고, 상기 폴리머첨가제는 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함하며, 폴리비닐알콜 (polyvinylalchol, PVA), 공중합체 중 하나 이상이 선택적으로 포함된다.
이때 상기 제2용액 제조를 위해 니켈화합물과 폴리머첨가제를 용매에 녹여 사용할 수도 있는데, 상기 용매로는 제1용액 제조시 사용된 폴리올 중 단독 또는 조합으로 사용이 가능하며, 보다 바람직하게는 에틸렌글리콜 단독 또는 에틸렌글리콜과 다른 폴리올과의 혼합물이 적용 가능하다.
상기 제2용액이 만들어져 재료준비단계(S100)가 완료되면, 상기 제1용액과 제2용액을 혼합하여 용액혼합단계(S200)를 실시한 후, 니켈금속분말생성단계(S300)가 이어지게 된다.
상기 니켈금속분말생성단계(S300)는 제1용액과 제2용액이 혼합된 혼합용액을 80 내지 250℃까지 가열한 후 일정 시간 동안 유지하여 니켈 금속분말을 생성하는 과정이다.
이후 상기 혼합용액으로부터 니켈 금속분말을 분리하여 니켈금속분말분리단계(S400)를 실시하게 되며, 분리된 니켈 금속분말은 니켈금속분말세척/건조단계(S500)에서 알코올과 물 중 하나 이상을 포함하는 세척액에서 세척된 후 50℃에서 건조하게 된다.
본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말의 제조방법은 상기와 같은 단계에 따라 완료되며, 이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 토대로 설명하기로 한다.
[실시예 1]
용매인 에틸렌글리콜 300㎖를 195℃로 가열한 후 10분간 유지하였다. 80% 하이드라진모노하이드레이트 (hydrazine monohydrate) 30㎖를 증류수 30㎖에 첨가한 혼합용액을 상기 에틸렌글리콜 용액에 천천히 첨가하여 제1용액을 제조한 후 5분간 유지하였다.(제1용액준비과정:S120)
니켈클로라이드헥사하이드레이트 (nickel chloride hexahydrate) 3.57g을 에틸렌글리콜 150㎖에 녹인 용액과 평균분자량이 55,000인 폴리비닐피롤리돈 1.67g을 에틸렌글리콜 300㎖에 녹인 용액을 혼합하여 제2용액을 제조한 후(제2용액준비과정:S140) 이를 제1용액에 투입하여 혼합하였다(용액혼합단계:S200).
상기 혼합용액을 195℃에서 1시간 동안 반응하여 니켈 금속분말을 생성시키고(니켈금속분말생성단계:S300), 상기 니켈 금속분말을 용액으로부터 분리한 후(니켈금속분말분리단계:S400), 이 분말을 수거하여 에탄올로 세척, 여과한 후 50℃에서 건조하였다(니켈금속분말세척/건조단계:S500).
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진으로서, 니켈 금속분말 입자들이 망목상의 구조를 나타낸 것을 알 수 있으며, 이러한 망목상의 구조로 니켈 금속분말 내에는 많은 기공이 존재 가능하다.
[실시예 2]
[실시예 2]에서는 [실시예 1]과 동일한 제조방법을 사용하였으며 다만, 평균분자량이 55,000인 폴리비닐피롤리돈의 양을 각각 각각 0g, 0.67g, 3.33g, 16.65g로 달리하여 첨가한 니켈 금속분말을 제조하고, 수은기공계를 사용하여 기공도를 측정하였다.
도 3은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 기공도(porosity) 변화를 보인 그래프로서, 기공도는 니켈 금속분말 시료 전체에 대한 총기공도에서 분말입자 내부에 존재하지 않고 2차입자와 2차입자들 사이에 존재하는 인터스티셜포러시티(interstitial porosity)를 뺀 실제 기공도를 나타낸 것이다.
도 3과 같이 기공도는 폴리비닐피롤리돈의 첨가량이 증가함에 따라 증가하다가 폴리비닐피롤리돈의 첨가량이 3.33g 이상에서는 더 이상 기공도가 증가하지 않고 일정한 값을 나타내었다.
[실시예 3]
[실시예 3]은 [실시예 1]과 동일한 제조방법을 사용하였으며, 다만 니켈클로라이드헥사하이드레이트의 첨가량은 [실시예 1] 보다 10배 많은 35.7g을 사용하였다. 그리고, 폴리비닐피롤리돈을 9.99g 사용하였다.
즉, 용매인 에틸렌글리콜 300㎖를 195℃로 가열한 후 그 온도에서 10분간 유 지하였다. 80% 하이드라진모노하이드레이트 (hydrazine monohydrate) 30㎖를 증류수 30㎖에 첨가한 혼합용액을 상기 에틸렌글리콜 용액에 천천히 첨가하여 제1용액을 제조한 후 5분간 유지하였다.
니켈클로라이드헥사하이드레이트(nickel chloride hexahydrate)는 [실시예 1] 보다 10배 많은 35.7g을 에틸렌글리콜 150㎖에 녹인 용액과 평균분자량이 55,000인 폴리비닐피롤리돈 9.99g을 에틸렌글리콜 300㎖에 녹인 용액을 혼합하여 제2용액을 제조한 후 이를 제1용액에 투입하여 혼합하였다.
이 혼합용액을 195℃에서 1시간 동안 반응시켜 니켈 금속분말을 생성시키고 이 분말을 수거하여 에탄올로 세척, 여과한 후 50℃에서 건조하였다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진으로서, 니켈 금속분말의 입자들이 망목상의 구조를 나타내는 것을 알 수있으며, 이러한 망목상의 입자들은 니켈 분말 내에 많은 기공을 형성한 것을 확인 할 수 있다.
[실시예 4]
[실시예 4]에서는 [실시예 1]과 동일한 제조방법을 사용하되 폴리비닐피롤리돈은 3.33g 첨가하였으며, 반응온도를 100℃로 하여 니켈 금속분말을 제조하였다.
용매인 에틸렌글리콜 300㎖를 100℃로 가열한 후 그 온도에서 10분간 유지하였다. 80% 하이드라진모노하이드레이트 (hydrazine monohydrate) 30㎖를 증류수 30㎖에 첨가한 혼합 용액을 상기의 에틸렌글리콜 용액에 천천히 첨가하여 제 1 용액 을 제조한 후 5분간 유지하였다.
니켈클로라이드헥사하이드레이트 (nickel chloride hexahydrate) 3.57g을 에틸렌글리콜 150㎖에 녹인 용액과 평균분자량이 55,000인 폴리비닐피롤리돈을 3.33g을 에틸렌글리콜 300㎖에 녹인 용액을 혼합하여 제2용액을 제조한 후 이를 제 1 용액에 투입하여 혼합하였다.
이 혼합용액을 100℃에서 1시간 동안 반응하여 니켈분말을 생성시키고 이 분말을 수거하여 에탄올로 세척, 여과한 후 50℃에서 건조하였다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진으로서 니켈 금속분말의 입자들이 망목상의 구조를 나타내는 것을 알 수 있다.
그리고, [실시예 1]에서 반응온도 195℃에서 제조된 니켈 금속분말의 입자 표면은 매끄러운 반면 [실시예 4]에서 반응온도 100℃로 제조된 니켈 금속분말의 입자 표면은 거친편이었다.
[실시예 5]
[실시예 5]는 [실시예 1]과 동일한 제조방법을 사용하였으되 평균분자량이 실시예1보다 매우 큰 1,300,000인 폴리비닐피롤리돈 3.33g을 사용하여 니켈분말을 제조한 예이다.
용매인 에틸렌글리콜 300㎖를 195℃로 가열한 후 그 온도에서 10분간 유지하였다. 80% 하이드라진모노하이드레이트 (hydrazine monohydrate) 30㎖를 증류수 30 ㎖에 첨가한 혼합용액을 상기의 에틸렌글리콜 용액에 천천히 첨가하여 제1용액을 제조한 후 5분간 유지하였다.
니켈클로라이드헥사하이드레이트 (nickel chloride hexahydrate) 3.57g을 에틸렌글리콜 150㎖에 녹인 용액과 평균분자량이 1,300,000인 폴리비닐피롤리돈 3.33g을 에틸렌글리콜 300㎖에 녹인 용액을 혼합하여 제2용액을 제조한 후 이를 제1용액에 투입하여 혼합하였다.
이 혼합용액을 195℃에서 1시간 동안 반응하여 니켈 금속분말을 생성시키고 이 니켈 금속분말을 수거하여 에탄올로 세척, 여과한 후 50℃에서 건조하였다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따라 제조된 다공성 니켈 금속분말의 주사전자현미경 사진으로서 니켈 금속분의 입자들이 망목상의 구조를 나타내는 것을 알 수 있으며, 이러한 망목상의 구조로 니켈 금속분말 내에 많은 기공이 존재하게 됨을 확인할 수 있다.
그리고, [실시예 1]에서 반응온도 195oC로 제조된 니켈 금속분말의 입자 표면은 매끄러운 반면 [실시예 5]에 의해 반응온도 100oC로 제조된 니켈 금속분말의 입자 표면은 거친 편이었다.
[비교예 1]
[비교예 1]에서 [실시예 1]과 동일한 제조방법을 사용하되 폴리비닐피롤리돈을 첨가하지 않고 니켈 금속분말을 제조한 예이다.
즉, 용매인 에틸렌글리콜 300㎖를 195℃로 가열한 후 그 온도에서 10분간 유지하였다. 80% 하이드라진모노하이드레이트 (hydrazine monohydrate) 30㎖를 증류수 30㎖에 첨가한 혼합 용액을 상기의 에틸렌글리콜 용액에 천천히 첨가하여 제1용액을 제조한 후 5분간 유지하였다.
이후 니켈클로라이드헥사하이드레이트 (nickel chloride hexahydrate) 3.57g을 에틸렌글리콜 150㎖에 녹인 용액을 제조한 후 이를 제1용액에 투입하여 혼합하였다.
그리고, 상기의 [실시예] 에서 첨가한 폴리비닐피롤리돈을 첨가하지 않았다. 상기 혼합용액을 195℃에서 1시간 동안 반응시켜 니켈 금속분말을 생성시키고 이 분말을 수거하여 에탄올로 세척, 여과한 후 50℃에서 건조하였다.
그 결과, 도 7과 같이 니켈 금속분말의 입자는 망목상의 구조를 나타내지 않고 뭉쳐져 있는 구조를 나타낸 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말에 대한 제1비교예의 주사전자현미경 사진이다.
[비교예 2]
[비교예 2]는 [실시예 1]과 동일한 제조방법을 사용하였으며, 다만 폴리비닐피롤리돈을 첨가하지 않고 평균분자량이 1,500인 폴리비닐알콜 1.32g을 첨가하여 니켈 금속분말을 제조한 예이다.
용매인 에틸렌글리콜 300㎖를 195℃로 가열한 후 그 온도에서 10분간 유지하 였다. 80% 하이드라진모노하이드레이트 (hydrazine monohydrate) 30㎖를 증류수 30㎖에 첨가한 혼합 용액을 상기의 에틸렌글리콜 용액에 천천히 첨가하여 제 1 용액을 제조한 후 5분간 유지하였다.
니켈클로라이드헥사하이드레이트 (nickel chloride hexahydrate) 3.57g을 에틸렌글리콜 150㎖에 녹인 용액과 평균분자량이 1,500인 폴리비닐알콜 1.32g을 에틸렌글리콜 300㎖에 녹인 용액을 혼합하여 제2용액을 제조한 후 이를 제1용액에 투입하여 혼합하였다.
이 혼합용액을 195℃에서 1시간 동안 반응하여 니켈분말을 생성시키고 이 분말을 수거하여 에탄올로 세척, 여과한 후 50℃에서 건조하였다.
도 8과 같이 폴리비닐피롤리돈을 첨가하지 않고 평균분자량이 1,500인 폴리비닐알콜 1.32g을 첨가하여 니켈 금속분말을 제조한 경우, 니켈 금속분말의 입자들이 망목상의 구조를 나타내지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말에 대한 제2비교예의 주사전자현미경 사진이다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명에 의한 다공성 니켈 금속분말은 입도가 미세하고 균일하며 망목상의 구조를 갖는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 니켈 금속분말 제조방법에 따르면, 내부에 많은 기공을 포함하고 있으므로 연료전지용 전극, 이차전지용 전극, 전도성폴리머 제조를 위한 금속충진제, 촉매소재, 필터 등의 다양한 용도에 적용 가능한 이점이 있다.
뿐만 아니라, 초기 투자비와 공정 비용이 감소하며 대량생산이 가능한 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 선형의 니켈 분말입자 다수가 연결되어 기공 및 망목상 구조를 형성하며, 다수 니켈 분말입자 사이에 존재하는 인터스티셜포러시티(interstitial porosity)를 제외한 다수의 니켈 분말입자 내부의 기공도가 2 내지 72%인 것을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말.
  2. 폴리올, 환원제, 니켈화합물 및 폴리머첨가제를 선택적으로 혼합하여 제1용액 및 제2용액을 형성하는 재료준비단계와,
    상기 제2용액을 제1용액에 첨가하여 혼합용액을 형성하는 용액혼합단계와;
    선형의 니켈 분말입자 다수가 연결되어 기공 및 망목상 구조를 가지고, 다수의 니켈 분말입자 사이에 존재하는 인터스티셜포러시티(interstitial porosity)를 제외한 내부의 기공도가 2 내지 72%인 다공성 니켈 금속분말이 생성되도록, 상기 혼합용액을 121 내지 250℃로 가열하는 니켈금속분말생성단계와;
    상기 혼합용액에서 생성된 니켈 금속분말을 분리하는 니켈금속분말분리단계와;
    분리된 니켈 금속분말을 세척 및 건조하는 니켈금속분말세척/건조단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 니켈금속분말의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 재료준비단계는,
    반응온도까지 가열된 폴리올과 환원제를 혼합하여 제1용액을 준비하는 제1용액준비과정과,
    니켈화합물과 폴리머첨가제를 혼합하여 제2용액을 준비하는 제2용액준비과정 을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 니켈금속분말의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1용액준비과정에서,
    상기 폴리올은 에틸렌글리콜 (ethylene glycol)을 포함하며,
    디에틸렌글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜 (triethylene glycol), 테트라에틸렌글리콜 (tetraethylene glycol), 디플필렌글리콜 (dipropylene glycol), 프로판디올 (propandiol), 부탄디올 (butanediol) 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제1용액준비과정에서,
    상기 환원제는 하이드라진, 하이드라진화합물, 하이드라진수화물 중 하나 이상을 포함하며,
    소듐보로하이드라이드, 하이드로젠 설파이드, 하이드로젠 아이오다이드, 포스핀, 아신, 스티빈, 카본, 설퍼디옥사이드, 설파이트, 포스포러스산, 포스페이트, 하이드로포스포러스, 포타슘 시아나이드, 하이드라진, 포타슘 포메이트, 커프러스, 페러스, 코발터스 아민, 스태너스, 크로머스염, 메탈 소듐, 포타슘 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말의 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제2용액준비과정에서,
    상기 니켈화합물은 니켈클로라이드, 니켈클로라이드수화물, 니켈클로라이드화합물 중 하나 이상을 포함하며,
    니켈니트레이트 (nickel nitrate), 니켈설페이트 (nickel sulfate), 니켈브로마이드 (nickel bromide), 니켈플루오라이드(nickel fluoride), 니켈아세테이트 (nickel acetate), 니켈아세틸아세토네이트 (nickel acetylacetonate), 니켈하이드록사이드 (nickel hydroxide), 니켈수산화물 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말의 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제2용액준비과정에서,
    상기 폴리머첨가제는 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone, PVP)을 포함하며,
    폴리비닐알콜 (polyvinylalchol, PVA), 공중합체 중 하나 이상이 선택적으로 포함됨을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말의 제조방법.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올은 121 내지 250℃의 온도 범위 내에서 가열됨을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 다수 니켈 분말입자는 교차하는 방향으로 연결되어 기공 및 망목상 구조를 형성하며, 구형입자가 이어져 선형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 재료준비단계는,
    상기 제1용액과 제2용액에 물을 선택적으로 첨가하는 과정임을 특징으로 하는 다공성 니켈 금속분말의 제조방법.
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